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1、,数控铣床加工工艺 数控铣削加工概述 数控铣削加工工艺范围及铣削方式 铣削是铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加 工方法。铣削的主要工作及刀具与工件的运动形式如图1所示。,a）铣平面 b）铣台阶,c）铣槽 d）铣成形槽 e）铣螺旋槽,f）切断 g）铣凸轮 h）立铣刀铣平面 i）铣成形面 j）铣齿轮 k）组合铣刀铣台阶,在铣削过程中，根据铣床、铣刀及运动形式的不同可将铣削分为如下几种： （1）根据铣床分类 根据铣床的结构将铣削方式分为立铣和卧铣。由于数控铣削一个工序中一般要加工多个表面，所以常见的数控铣床多为立式铣床。 （2）根据铣刀分类 根据铣刀切削刃的形式和方位将铣削方式分为周铣和
2、端铣。用分布于铣刀圆柱面上的刀齿铣削工件表面，称为周铣，如图2（a）所示；用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端铣，如图2（b）所示。,图2周铣和端铣 （a）周铣 （b）端铣 图中平行于铣刀轴线测量的切削层参数ap为背吃刀量，垂直于铣刀轴线测量的切削层参数ae为切削宽度，fZ是每齿进给量。单独的周铣和端铣主要用于加工平面类零件，数控铣削中常用周、端铣组合加工曲面和型腔。,（3）根据铣刀和工件的运动形式分类 根据铣刀和工件的相对运动将铣削方式分为顺铣和逆铣。铣削时，铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，称为顺铣如图3（a）所示；铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向与工件进给方向相反
3、，称为逆铣，如图3（b）所示。,图3 顺铣和逆铣 （a）顺铣 （b）逆铣,顺铣与逆铣比较: 顺铣加工可以提高铣刀耐用度23倍，工件表面粗糙度值较小，尤其在铣削难加工材料时，效果更加明显。铣床工作台的纵向进给运动一般由丝杠和螺母来实现，采用顺铣法加工时，对普通铣床首先要求铣床有消除进给丝杠螺母副间隙的装置，避免工作台窜动；其次要求毛坯表面没有硬皮，工艺系统有足够的刚度。如果具备这样的条件，应当优先考虑采用顺铣，否则应采用逆铣。目前生产中采用逆铣加工方式的比较多。数控铣床采用无间隙的滚珠丝杠传动，因此数控铣床均可采用顺铣加工。,数控铣削主要特点 （1）生产率高 （2）可选用不同的铣削方式 （3）断
4、续切削 （4）半封闭切削 数控铣削主要加工对象 （1）平面类零件 加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件。目前，在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。,（2）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。这类零件多为飞机零件，如飞机上的整体梁、框、椽条与肋等。 （3）曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋桨等。 加工曲面类零件一般采用三坐标数控铣床。当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床。,数控铣削的刀具与选用 对数控铣削刀具的基本要求 （1）铣刀刚性要好 （
5、2）铣刀的耐用度要高 此外，铣刀切削刃的几何参数的选择及排屑性能也非常重要。 铣刀的种类 （1）面（端）铣刀 面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。由于面铣刀的直径一般较大，为50500mm，故常制成套式镶齿结构，即将刀齿和刀体分开，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体,采用40Cr制作，可长期使用。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80250mm，螺旋角=10，刀齿数Z=1026。 硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹一焊接式
6、和可转位式三种（见图4）。,a）整体焊接式 b）机夹-焊接式 c）可转位式,面铣刀主要以端齿为主加工各种平面，主偏角为90的面铣刀还能同时加工出与平面垂直的直角面，但这个面的高度受到刀片长度的限制。 面铣刀齿数对铣削生产率和加工质量有直接影响，齿数越多，同时工作齿数也多，生产率高，铣削过程平稳，加工质量好。可转位面铣刀的齿数根据直径不同可分为粗齿、细齿、密齿三种（参见下表）。粗齿铣刀主要用于粗加工；细齿铣刀用于平稳条件下的铣削加工；密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于薄壁铸铁件加工。,（2）立铣刀 立铣刀是数控铣床上用得最多的一种刀具，主要有高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀两种类型，其结构如图5所示
7、。,立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削， 也可单独进行切削，主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面。,（a）硬质合金立铣刀 （b）高速钢立铣刀,为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数z=34，细齿立铣刀齿数z=58，套式结构z=1020。容屑槽圆弧半径r=25mm。 直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。 （3）模具铣刀 模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。
8、,（4）键槽铣刀 键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，可以短距离的轴向进给，既像立铣刀，又类似钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长，如图所示。,按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=222mm，锥柄键槽铣刀直径d=1450mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。 （5）鼓形铣刀 如图所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广， 但所获得的表面质量也越差。这种刀具的 缺点是刃磨困难，切削条件差，而
9、且不适 于加工有底的轮廓表面。,（6）成形铣刀 图6是常见的几种成形铣刀，一般都是为特定的工件结构或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或特形台等。,图6 成形铣刀 图7 牛鼻铣刀,除了上述几种典型的铣刀类型外，数控铣刀的结构还在不断发展和更新中，例如图7所示铣刀（俗称牛鼻铣刀）的刚度、刀具耐用度和切削性能都较好。,铣刀的选择 （1）铣刀类型的选择 铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工
10、各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。 （2）铣刀参数的选择 面铣刀主要参数的选择 标准可转位面铣刀直径为16630mm。铣刀的直径应根据铣削宽度、深度选择，一般铣前深度、宽度越大、越深，铣刀直径也应越大。精铣时，铣刀直径要大些，,尽量包容工件整个加工面宽度，以提高加工精度和生产效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕。铣刀齿数应根据工件材料和加工要求选择，一般铣削塑性材料或粗加工时，选用粗齿铣刀；铣削脆性材料或半精加工、精加工时，选用中、细齿铣刀。 面铣刀几何角度的标注见图。前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角
11、数值一般减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料时可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择。,铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角可减少铣刀磨损。常取=512，工件材料较软时取大值，工件材料硬取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取S=515。只有在铣削低强度材料时，取S=5。 主偏角在4590范围内选取，铣削铸铁常用45，铣削一般钢材常用75，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90。 立铣刀主要参数的选择 立铣刀主切削刃的前角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前、后角的标注如图5b）所示。前、后角都为正值，根据工
12、件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参考表3和表4。,立铣刀的有关尺寸参数如图10所示，推荐按下述经验数据选取。 刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小 曲率半径Rmin，一般取R=（0.80.9）Rmin。 零件的加工高度H（1416）R， 以保证刀具有足够的刚度。 对不通孔（深槽），选取l=H（5 10）mm（l为刀具切削部分长度，H为零件高 度）。 加工外型及通槽时，选取l=Hr（5 图10 铣刀的尺寸选择 10）mm（r为端刃圆角半径）。,加工肋时，刀具直径为D=（510）b（b为肋的厚）。 粗加工内轮廓面时，立铣刀最大直径D可按下式计算（见图11）。 = +D （6-1） 式中：D轮廓
13、的最小凹圆角半径； 圆角邻边夹角等分线上的精加工余量； l精加工余量； 圆角两邻边的最小夹角。 图 11 粗加工立铣刀最大直径估算,铣刀的装夹 （1）刀片在刀体上的装夹（针对机夹可转位铣刀） 刀片在刀体上的装夹应完成：一是保证刀片在刀体上的定位，即刀片在转位或更换切削刃后径向误差在允差范围内；二是确保刀片、定位元件以及夹紧元件在切削过程中不松动和移位。 （2）铣刀在机床上的装夹 套式面铣刀的装夹 直径在50160mm之间的面铣刀，用带端键的套式面铣刀柄连接，面铣刀以内孔和端面在铣刀柄上定位，用螺钉将铣刀紧固在铣刀柄上，由端面键传递力矩；直径大于160mm的套式面铣刀用内六角螺钉固定在端键传动接
14、杆上。,带柄式铣刀的装夹 其柄部有直柄和锥柄两种。目前，锥柄铣刀主要是通过莫氏孔铣刀柄过渡，然后安装在铣床轴上；直柄铣刀通过弹簧夹头刀柄安装，将直柄铣刀装入弹簧夹头并旋紧夹头螺母即可，如图12所示。使用时应根据铣刀直柄的直径和与铣床主轴相连的铣刀柄内孔锥度，选择弹簧夹头的内孔尺寸和外锥。 弹簧夹头外圆上有三条弹性槽，螺母锁紧时，三条槽合拢，内孔收缩，将直柄铣刀夹紧。弹簧夹头的结构如图13所示。,图12 弹簧夹头刀柄 图13 弹簧夹头结构示图,工件在数控铣床上的装夹 工件在数控铣床上装夹的要求 （1）装夹时应使工件的加工面充分暴露在外，同时要求夹紧机构元件高度较低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套
15、、刀刃在加工时产生干涉而碰撞。 （2）为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，此功能一般由夹具底座下的定位键完成。 常用数控铣削夹具 （1）机床用平口虎钳 工件在机床用平口虎钳上装夹时应注意：,装夹毛坯面或表面有硬皮时，钳口应加垫铜皮或铜钳口；选择高度适当、宽度稍小于工件的垫铁，使工件的余量层高出钳口；在粗铣和半精铣时，希望使铣削力指向固定钳口，因为固定钳口比较牢固。当工件的定位面和夹持面为非平行平面或是圆柱面时，可采用更换钳口的方式装夹工件。 （2）压板装夹 对中型、大型和形状比较复杂的零件，一般采用压板将工件紧固在数控铣床工作台台面上。,（3）气动夹紧通用虎钳 （4）万能分度头 （5）组合夹具 小结： 1. 周铣与端铣，顺铣与立铣 2. 数控铣刀的种类：面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽 铣刀及成型铣刀等 3. 数控铣刀的选择：类型和参数、尺寸的选择 4. 机夹可转位铣刀的装夹 5. 数控铣床常用夹具及对工件装夹的要求 作业： 1.面铣刀和立铣刀的参数选择 2.机夹可转位铣刀的装夹,
